Zerstäuber mit aufgesetzter Verteilerkappe zur Reduzierung der Stickoxid-Emission bei der Verbrennung von flüssigen Brennstoffen

Abstract

 Bei einer Düsenkombination aus Zerstäuberdüse und aufgesetzter, mit gerichteten Bohrungen versehener Verteilerkappe zur Reduzierung der Stickoxid-Emission bei der Verbrennung von flüssigen Brennstoffen ist zur Verminderung der NO_x-Emission erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Düsenkombination besteht aus
a) einer ersten Mischkammer (3) für Zerstäubungsmedium und Brennstoff, in der wenigstens ein Brennstoffstrahl (5) unter einem Winkel, vorzugsweise einem rechten Winkel, auf wenigstens einen Strahl (2) des Zerstäubungsmediums gelenkt wird,
b) einer die erste Mischkammer (3) ausströmseitig begrenzenden Düse (6) mit vorzugsweise gleichen Bohrungen (7) und
c) einer weiteren Mischkammer (8), die ausströmseitig durch die auf die Düse aufgesetzte und vorzugsweise als Drehkörper ausgebildete Verteilerkappe (9) begrenzt ist, die derart mit Bohrungen (10, 11) versehen ist, daß sich ausströmseitig der Verteilerkappe eine bezogen auf die Achse der Verteilerkappe asymmetrische Verteilung des Austrittsquerschnittes für die in der weiteren Mischkammer erzeugte Mischung aus Brennstoff und Zerstäubungsmedium ergibt.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Zerstäuberdüsenkombination aus Primärdüse und aufgesetzter, mit gerichteten Bohrungen versehener Verteilerkappe zur Reduzierung der Stickoxid-Emission bei der Verbrennung von flüssigen Brennstoffen.

[0002] Es ist bereits bekannt, auf herkömmliche Zerstäuber für flüssige Brennstoffe vom Typ des Y-Zerstäubers eine. Verteilerkappe aufzusetzen, wodurch die üblichen kurzen, intensiven Flammen des Y-Zerstäubers in mehrere lange Flammen zerlegt werden. Hierbei wird von der Erkenntnis ausgegangen, daß die NO-Bildung bei langen Flammen gegenüber kurzen Flammen verringert werden kann.

[0003] Es sind auch bereits Y-Zerstauber bekannt, bei denen sich groBe und kleine Austrittsbohrungen in regelmäßigen Abständen abwechseln bzw. bei denen eine Düsenhälfte große und die andere Düsenhälfte kleine Austrittsbohrungen aufweist. Durch die Anordnung der Austrittsbohrungen werden brennstoffreiche und brennstoffarme Verbrennungszonen gebildet. In der Zone mit Brennstoffüberangebot werden die entstandenen Stickoxide zu molekularem Stickstoff reduziert.

[0004] Alle vorstehend beschriebenen Zerstäuber werden sowohl auf der Brennstoff- (Heizöl) als auf der Zerstäubermediumseite mit hohen Drücken betrieben, die je nach Durchsatz und Arbeitsbereich zwischen 8 und 20 bar bei Vollast liegen. Aufgrund dieser hohen Drücke ergeben sich auch noch im Düsenaustrittsquerschnitt relativ hohe überdrücke, so daß die Entspannung auf Feuerraundruck explosionsartig direkt hinter dem Mündungsaustritt erfolgt. Hierdurch wird eine der Forderungen für NO_X arme Verbrennung, nämlich ein langer Brennstoffeinzelstrahl mindestens teilweise zunichte gemacht.

[0005] Durch eine zweistufige Ausführung der Düsenkombination wird eine klare Trennung zwischen der Zerstäubungsfunktion - erste Stufe - und Verteilungsfunktion - zweite-Stufe - erreicht. Diese Anordnung ermöglicht, beide Aufgaben (Zerstäuben/Verteilen) in optimaler Weise zu lösen. Bei der bekannten Ausführung des Y-Zerstäubers mit unterschiedlich großen Austrittsbohrungen wird dahingegen jedoch, durch die unterschiedlichen Druckverhältnisse im Mischkanal, die Zerstäubungsgüte negativ beeinflußt. Hierdurch wird das erzeugte Tropfengrössenspektrum zu grösseren Tropfen verschoben, die in der Flamme nicht mehr vollständig ausbrennen und die Rußemission erhöhen. Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Zerstäuberdüse für flüssigen Brennstoff, mit der die NO_x-Emission gegenüber den bekannten Zerstaubungsvorrichtungen weiter vermindert werden kann.

[0006] Diese Aufgabe wird durch eine Düsenkombination aus Zerstauberdüse mit Verteilerkappe gelöst, die besteht aus

a) einer ersten Mischkammer (3) für Zerstäubungsmedium und Brennstoff, in der wenigstens ein Brennstoffstrahl (5) unter einem Winkel, vorzugsweise einem rechten Winkel, auf wenigstens einen Strahl (2) des Zerstäubermediums gelenkt wird,

b) einer die erste Mischkammer (3) ausströmseitig begrenzenden Düse (6) mit vorzugsweise gleichen Bohrungen (7) und

c) einer weiteren Mischkammer (8), die ausströmseitig durch die auf die Düse aufgesetzte vorzugsweise und als Dren - körper ausgebildete Verteilerkappe (9) begrenzt ist, die derart mit Bohrungen (10, 11) versehen ist, daß sich ausströmseitig der Verteilerkappe eine bezogen auf die Achse der Verteilerkappe asymmetrische Verteilung des Austrittsquerschnittes für die in der weiteren Mischkammer erzeugte Mischung aus Brennstoff und Zerstäubungsmedium ergibt.

[0007] Die erfindungsgemäße Düsenkombination erfüllt alle bisher bekannten Voraussetzungen für die NO -arme Verbrennung in idealer Weise. Im Gegensatz zum Y-Zerstäuber mit Verteilerkappe besitzt die erfindungsgemäße Düsenkombination drei hintereinander geschaltete Entspannungsstufen.

[0008] Die erste Entspannung findet beim Eintritt in die erste Mischkammer statt, die zweite beim Eintritt in die zweite Mischkammer, die dritte Entspannungsstufe findet am Mündungsquerschnitt der Verteilerkappe statt. Dort herrscht niedrigerer Druck, die Einzelstrahlen bleiben länger gerichtet. Durch die asymmetrische Verteilung des Austrittsquerschnittes auf der Verteilerkappe wird entsprechend der Lage des Maximums des Austrittsquerschnitts eine brennstoffreiche Verbrennungszone mit reduzierender Atmosphäre gebildet.

[0009] Vorzugsweise wird die asymmetrische Verteilung des Austrittsquerschnittes dadurch erreicht, daß verschiedene Sektoren der Verteilerkappe in Umfangsrichtung gesehen mit Bohrungen verschiedener Größe und/oder Anzahl versehen sind.

[0010] Besonders gute Ergebnisse wurden erreicht, wenn zwei Sektoren vorgesehen sind, die je einer Hälfte der Verteilerkappe entsprechen und mit Bohrungen unterschiedlicher Größe versehen_sind.

[0011] Dabei wird wiederum bevorzugt, wenn jede Hälfte jeweils mit, der gleichen Anzahl Bohrungen versehen ist.

[0012] Bei Anordnung der erfindungsgemäßen Düsenkombination in einer vertikalen Feuerraumwand ist es zweckmäßig, daß ein Maximum der Austrittsquerschnittsverteilung unten und ein Minimum oben liegt. Bei einer solchen Anordnung wird ein sehr langer Flammenweg in der brennstoffreicheren Zone im Vergleich zu einer symmetrischen Düse erreicht, und es erfolgt auch eine bessere Verteilung der wärmebelastung.

[0013] Die erfindungsgemäße Düsenkombination wird anhand der beiliegenden Fig. 1 - 3 erläutert. Die Fig. 1 zeigt die erfindungsgemäße Düsenkombination im Längsschnitt:

Der Strom des Zerstäubermediums, zugeführt durch das Zentralrohr (1), wird in Teilströme aufgelöst und durch mehrere, um den Umfang ihres Boden gleichmäßig verteilte, bevor zugt zylindrische Bohrungen (2) in eine erste Mischkammer (3) geführt. Der Brennstoff (Heizöl) wird koaxial zum Zerstäubermedium durch das Mantelrohr (4) zugeführt.

[0014] Der Brennstroffstrom wird ebenfalls in Teilströme aufgelöst, die über Eintrittsöffnungen (5) mit der Mischkammer (3) verbunden sind. Die Eintrittsöffnungen für die Brennstoffteilströme münden im Rechten Winkel in die erste Mischkammer ein. Die erste Mischkammer wird aus einem Bodenteil und einer Düse (6) gebildet. Die Düsenbohrungen (7) sind gleichförmig und bevorzugt regelmäßig in den Umfang der Düse angeordnet. Das Gemisch aus Zerstäubermedium und Brennstoff tritt durch die Düsenöffnungen der Düse (6) in eine zweite Mischkammer (8), die durch die Düse (6) und die aufgesetzte Verteilerkappe (9) gebildet wird. Im Kopf der Verteilerkappe sind halbseitig Bohrungen unterschiedlicher Größe (10, 11) angeordnet, in einer Hälfte kleinere (10)- in der anderen Hälfte größere Bohrungen (11).

[0015] Das Heizöl und das Zerstäubermedium, das in den Zuführrohren (1, 4) z.B. 10 bar hat, entspannt sich über die öffnungen (2, 5) auf 5 bar in die erste Mischkammer (3), weiter entspannt sich das Heizöl/Zerstäubermediumsgemisch über die Düsenöffnungen (7) der Düse (6) auf Drücke in der zweiten Mischkammer von beispielsweise 2,5 bar und durch die öffnungen (10, 11) in der Verteilerkappe auf Drücke von beispielsweise 1,25 bar, also einem überdruck von etwa 0,25 bar. Verteilerkappe und Düse sind mittels einer Hutmutter (12) am Mantelrohr befestigt.

[0016] Die anhand der Fig. 1 - 3 beschriebene Brennerkombination zeigt eine asymmetrische Verteilung auf zwei Hälften, d. h. auf 180°-Sektoren bezogen auf die Achse der Verteilerkappe. Andere Sektorwinkel fallen selbstverständlich unter die Erfindung. Es ist auch nicht erforderlich, daß sich in den Sektoren jeweils gleiche Anzahlen an Bohrungen befinden. So ist es durchaus denkbar, daß (vgl. Fig. 2) in dem einen Sektor drei und in dem anderen Sektor vier Bohrungen vorhanden sind.

[0017] Es kommt in erster Linie darauf an, daß die Bohrungen in der Verteilerkappe so ausgebildet und/oder verteilt sind, daß sich infolge der Asymmetrie der Austrittsquerschnittsverteilung eine deutliche brennstoffreiche Verbrennungszone ausbildet.

[0018] Bei Einsatz der Düsenkombination in einer Feuerungsanlage wird die Düsenkombination in einer vertikalen Feuerraumwand horizontal angeordnet. Dabei wird bevorzugt, daß ein Maximum der Austrittsquerschnittsverteilung unten und ein Minimum der Austrittsquerschnittsverteilung oben liegt. Dies bedeutet in Zusammenhang mit der anhand der Figuren beschriebenen Ausführungsform, daß in der Fig. 2 sich "unten"'links befindet, während sich "ober" rechts befindet, wenn die .Zeichenebene als Feuerraumwand betrachtet wird.

[0019] Fig. 2 zeigt eine Ansicht aus Richtung A auf die Figur 1. Man erkennt die regelmäßig um den Umfang angeordneten kreisförmigen Bohrungen, die halbseitig einen geringeren Durchmesser aufweisen als in der anderen Hälfte.

[0020] Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch die erfindungsgemäße Düsenkombination entlang der Linie B-B'.

[0021] Die Zufuhr von Brennstoff und Zerstäubungsmedium kann auch vertauscht werden, ohne daß die Wirkungsweise der Mischräume 3 und 8 und der Verteilerkappe 9 gefährdet werden.

Ansprüche

1. Düsenkombination aus Zerstäuberdüse und aufgesetz - ter, mit gerichteten Bohrungen versehener Verteilerkappe zur Reduzierung der Stickoxid-Emission bei der Verbrennung von flüssigen Brennstoffen, dadurch gekennzeichnet, daß sie besteht aus

a) einer ersten Mischkammer (3) für Zerstäubungsmedium und Brennstoff, in der wenigstens ein Brennstoffstrahl (5) unter einem Winkel, vorzugsweise einem rechten Winkel, auf wenigstens einen Strahl (2) des Zerstäubermediums gelenkt wird,

b) einer die erste Mischkammer (3) ausströmseitig begrenzenden Düse (6) mit vorzugsweise gleichen Bohrungen (7) und

c) einer weiteren Mischkammer (8), die ausströmseitig vorzugsweise durch die auf die Düse aufgesetzte und ais Drehkörper ausgebildete Verteilerkappe (9) begrenzt ist, die derart mit Bohrungen (10, 11) versehen ist, daß sich ausströmseitig der Verteilerkappe eine bezogen auf die Achse der Verteilerkappe asymmetrische Verteilung des Austrittsquerschnittes für die in der weiteren Mischkammer erzeugte Mischung aus Brennstoff und Zerstäubungsmedium ergibt.

2. Düsenkombination nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß verschiedene Sektoren der Verteilerkappe (9) in Umfangsrichtung gesehen mit Bohrungen (10, 11) verschiedener Größe und/oder Anzahl versehen sind.

3. Düsenkombination nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Sektoren vorgesehen sind, die je einer Hälfte der Verteilerkappe (9) entsprechen und mit Bohrungen (10, 11) unterschiedlicher Größe versehen sind.

4. Düsenkombination nach Anspruch 3, ddadurch gekennzeichnet, daß jede Hälfte jeweils mit der gleichen Anzahl an Bohrungen (10, 11) versehen ist.

5. Feuerungsanlage mit mindestens einer in einer senkrecht verlaufenden Feuerraumwand angeordneten Düsenkombination der vorstehend genannten Art, dadurch gekennzeichnet, daß ein Maximum der Austrittsquerschnittsverteilung (11) unten und ein Minimum (10) oben liegt.

Zeichnung